測量三棱鏡最小偏向角的規范方法探索

摘 要:文章詳細闡述了在物理實驗教學實踐中總結出的快速測量三棱鏡最小偏向角的規范方法，極大地提高了物理實驗課的效率和教學質量。

關鍵詞:分光計 三棱鏡 最小偏向角

中圖分類號:O433.1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0116-01

1 引言

使用分光計測量三棱鏡折射率的實驗是大學物理中的一個重要實驗?？焖俣鴾蚀_的尋找三棱鏡最小偏向角是該實驗能否順利完成的關鍵。一般的實驗方法是先旋轉載物臺(注:指游標盤連同載物臺一起轉動)至準直管與AB面有一定夾角的位置(如圖1所示)，然后再用望遠鏡跟蹤AC面出射光線來尋找最小偏向角[1]。很多實驗教材在操作步驟上敘述得過于簡略，使得該方法缺少系統性而具有很大的盲目性，往往造成實驗者費了很大的力而根本無法找到最小偏向角的位置，有的甚至觀察不到出射光線，極大地挫傷了實驗者的自信心。改進后的方法從一開始就為實驗者制訂了一個系統的操作規范和明確的操作步驟，實驗者按此操作可以快速而準確地測量最小偏向角。

2 實驗改進措施

具體方法如下。

(1)分光計調節

將分光計調節至理想實驗狀態[2，3](此處不贅述)。

(2)測量前準備工作

旋松望遠鏡止動螺釘，旋緊望遠鏡度盤固聯螺釘，使望遠鏡與度盤保持同步轉動，同時旋松游標盤止動螺釘使游標盤能自由轉動。注意以上旋松要適度，使望遠鏡(連同度盤)和游標盤保持各自轉動時互不影響(即自身轉動時不帶動對方一起轉動，目測基本不動即可)。旋緊載物臺鎖緊螺釘，將三棱鏡放到載物臺上。在整個實驗過程中，望遠鏡度盤固聯螺釘和載物臺鎖緊螺釘保持旋緊，游標盤止動螺釘保持旋松，不再做調整。

(3)觀察光譜線

將三棱鏡放到載物臺上，使準直管入射光與AB面幾成掠射(即入射角i接近90°)。此時可以先用眼睛沿棱鏡出射光方向尋找棱鏡折射后的狹縫像，找到后再將望遠鏡移到眼睛所在方位，此時在望遠鏡能夠中就能看到鈉譜線。然后用手指按住游標盤邊緣緩緩轉動游標盤，使入射角i逐漸減小，同時觀察望遠鏡視場中鈉譜線的移動。

(4)尋找最小偏向角

稍稍轉動游標盤，以改變入射角，觀察鈉譜線往偏向角增大還是減小的方向移動。慢慢轉動游標盤，使鈉譜線朝偏向角減小的方向移動，并要轉動望遠鏡跟蹤鈉譜線，使鈉譜線始終處于望遠鏡視場范圍之內(如圖2所示，實線為鈉譜線)，直到載物臺沿著同方向轉動時，該譜線不再向前移動卻向相反的方向移動(即偏向角反而變大為止)。這個鈉譜線反向移動的轉折位置就是棱鏡對鈉譜線的最小偏向角位置(圖2中虛線位置)。

(5)測量出射光的方位(出射光的角坐標)

轉動望遠鏡使分劃板中心豎直十字叉絲對準這一最小偏向角位置(對準鈉譜線折返位置，大致對準即可)，然后旋緊望遠鏡止動螺釘。隨后用雙手手指按住游標盤邊緣緩緩轉動游標盤，可來回轉動游標盤，并配合調節望遠鏡微調螺釘使豎直十字叉絲準確對準折返位置鈉譜線的中心，最后轉動游標盤使分劃板中心十字叉絲對準鈉譜線(如圖3所示)，記下游標1和游標2的讀數(出射光的角坐標)。

(6)測量入射光的方位(入射光的角坐標)

移去三棱鏡，轉動望遠鏡對準平行光管，使分劃板中心十字叉絲對準平行光管的狹縫像，即圖1中(2)的位置，記下游標1和游標2的讀數(入射光角坐標)。如此反復測量6次，記錄實驗數據并代入下面公式[4]計算最小偏向角。

3 結語

教學實踐證明，在本實驗中，除了遵循常規的操作程序外，按照改進后的方法操作，降低了人為不確定度和實驗難度，簡化了操作程序，實驗時間明顯縮短，極大地提高了實驗成功率(圖1)。

參考文獻

[1]楊述武.普通物理實驗[M]..北京:高等教育出版社.2000:57-63

[2]王小懷.分光計調節和使用中的困難及解決措施[J].實驗室研究與探索，2007，26(2):35-37.

[3]羅樂，王剛志.調整分光計的探討[J].實驗室研究與探索，2000，19(2):107-108.

[4]熊永紅.大學物理實驗[M].武漢:華中科技大學出版社.2004:192-200.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文